Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur chemischen Umsetzung eines fluiden Mediums unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur, insbesondere zur Zersetzung organischer Schadstoffe mittels Oxidation in überkritischem Wasser. Damit können in technischen Abwässern enthaltene Schadstoffe bis unter die Nachweisgrenze abgebaut werden. Die dazu benötigten Betriebsbedingungen liegen in der Regel bei Drücken von 500-700 bar und Temperaturen von 420-500 °C.

Ein Verfahren dieser Art wird beispielsweise in DE 44 43 078 A1 beschrieben. Mit diesem wird der Schutz innerer Behälterwandungen vor dem Angriff korrosiver Medien bei der überkritischen Naßoxidation gewährleistet. Dazu besteht die zur Durchführung des Verfahrens dienende Vorrichtung im wesentlichen aus einem nicht sehr korrosionsbeständigen äußeren Druckrohr, einem innenliegenden Reaktionsrohr, einem Einspeisekopf und einem Ausströmkopf. Das innenliegende Reaktionsrohr ist aus korrosionsbeständigem, aber nicht sehr druckfestem Material gefertigt und enthält das korrosive, aus Wasser, Schadstoff und

Oxidationsmittel bestehende Reaktionsmedium. Das Reaktionsrohr ist in zwei koaxial angeordnete Zwischenrohre unterteilt, deren eines im Einspeisekopf und deren anderes im Ausströmkopf befestigt ist. Die beiden Zwischenrohre sind axialbeweglich fixiert, wobei zwischen den beiden Rohren ein kleiner Spalt freibleiben soll. Dieser Spalt stellt die Verbindung vom Ringraum zwischen Druckrohr und Reaktionsrohr und dem Reaktionsraum im Inneren des Reaktionsrohrs her. Im Ringraum befindet sich nichtkorrosives Sperrfluid und steht unter leicht höherem Druck als die schadstoffbelastete Flüssigkeit im Reaktionsraum. Auf diese Weise wird ein ständiger Fluß des Sperrfluids in den Reaktionsraum sichergestellt und eine Durchströmung in eine andere Richtung vermieden, wodurch das Druckrohr nicht mit dem korrosiven Reaktionsmedium in Kontakt kommt und das innenliegende Reaktionsrohr keine nennenswerte Druckbelastung erfährt. Der Schadstoffstrom wird nach dem Verfahren zum Einstellen der Reaktionstemperatur auf überkritische Temperaturen aufgeheizt, wozu im Einströmbereich des Rohrsystems angebrachte elektrische Heizstäbe vorgesehen sind, während sich im Abströmbereich eine Kühlvorrichtung zur Abkühlung des Mediums nach der Stoffumwandlungsreaktion befindet.

Das bekannte Verfahren weist eine Reihe von Nachteilen auf, die die Umsetzung in den großtechnischen Maßstab verhindern. Die in Reihe geschalteten Verfahrensstufen Aufheizung, Reaktion und Abkühlung ergeben einen hohen apparativen Aufwand mit ungünstiger Geometrie. Weiterhin verursacht die Aufheizung mittels elektrischer Heizstäbe beträchtliche Energiekosten und macht einen voluminösen Aufbau des Reaktors erforderlich.

Angesichts dieser Probleme im Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, das in großtechnischem Maßstab unter wirtschaftlich sinnvollen Bedingungen verwendet werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mittels eines Verfahrens der eingangs genannten Art gelöst, bei welchem das fluide Medium durch eine Aufheizzone, in der das unter Druck zugeführte Medium aufgeheizt wird, und eine daran anschließende Reaktionszone, in der die chemische Umsetzung stattfindet, hindurchgeleitet wird und bei dem zwischen einer die Aufheizzone sowie die Reaktionszone begrenzenden, mindestens im Bereich der Reak- tionszone reaktionsbeständigen Innenwand und einer die Innenwand umgebenden Außen- wand ein der Druckabstützung der Innenwand dienendes Sperrfluid hindurchgeleitet wird, und das umgesetzte Medium durch die Aufheizzone hindurch unter Wärmeübergang auf das zugeführte Medium aus der Reaktionszone abgeführt wird.

Insbesondere wird das umzusetzende Medium durch Einleiten und Mischen eines Oxidationsmittel-und Schadstoffstromes erhalten, was auf verschiedene Weisen erfolgen kann : Mischen der beiden Ströme bei Raumtemperatur, Einleiten der Mischung in einem Reaktor und anschließendes Aufheizen der Mischung 'Mischen der beiden Ströme bei Raumtemperatur, Vorheizen der Mischung vor Eintritt in den Reaktor, Einleiten der Mischung in den Reaktor und gegebenenfalls weiteres Aufheizen der Mischung 'getrenntes Einleiten von Schadstoffstrom und Oxidationsmittelstrom, Mischen und Aufheizen im Reaktor 'getrenntes Einleiten von Schadstoffstrom und Oxidationsmittelstrom, wobei der Schadstoffstrom vorgeheizt ist, Mischen und Restaufheizung im Reaktor.

Diese Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß der apparative Aufwand zur Ausführung des Verfahrens wesentlich reduziert werden kann, wenn das bei der chemischen Reaktion umgesetzte Medium durch die Aufheizzone hindurch unter Wärmeübergang auf das zugeführte Medium aus der Reaktionszone abgeführt wird. Damit können die zur Aufheizung benötigten Heizstäbe wesentlich kleiner dimensioniert werden, und die gesamte Vorrichtung kann kompakter ausgeführt werden, da die Abströmzone in die Aufheizzone integriert wird und eigene Kühlelemente überflüssig werden. Dadurch wird es möglich, die Geometrie der zur Ausführung des Verfahrens konzipierten Vorrichtung wesentlich günstiger im Sinne kompakter Bauweise zu gestalten, was neben der reduzierten Energiekosten zur Aufheizung des einströmenden Mediums zu einer erheblichen Reduzierung der Betriebskosten führt und damit den großtechnischen Einsatz des Verfahrens ermöglicht.

Als erfindungsgemäß vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn das umgesetzte Medium in der Flußrichtung des zugeführten Mediums entgegengesetzter Strömungsrichtung abgeführt wird. Dies ermöglicht eine effiziente Rückführung des Mediums zu und durch die Aufheizzone auf kürzestem Flußweg. Dadurch wird eine kompakte und kosteneffiziente Konstruktion einer zur Ausführung des Verfahrens konzipierten Anordnung möglich.

In zweckmäßiger Ausführungsform kann durch die chemische Umsetzung im Medium entstehende Säure durch Einspeisen von Lauge entsprechender Menge in die Reaktionszone oder in die Aufheizzone neutralisiert werden. Damit kann eine Beschädigung der Innenwand der Reaktionszone durch die entstehende Säure sowie eines das umgesetzte Medium durch die Aufheizzone leitenden Wärmetauschers vermieden werden.

Zudem kann es vorteilhaft sein, wenn das zugeführte Medium durch mindestens eine Öffnung in einer zwischen Aufheizzone und Reaktionszone befindlichen Trennwand in die Reaktionszone gelangt und die Lauge im Bereich der Öffnung in die Reaktionszone eingespeist wird. Das Vorsehen einer Trennwand mit mindestens einer Durchtrittsöffnung zwischen Aufheizzone und Reaktionszone kann vorteilhaft sein, um das Fluid vor Eintritt in die Reaktionszone nochmals zu durchmischen, was von besonderer Bedeutung sein kann, wenn nach oder in der Aufheizzone dem Fluid im Bereich der Öffnung Lauge zugesetzt wird. Da das gesamte von der Aufheizzone in die Reaktionszone fließende Medium durch diese Öffnung gezwungen wird, erlaubt eine Einspeisung der Lauge ins Medium im Bereich der mindestens einen Trennwandöffnung eine optimale Durchmischung der Lauge mit dem zugeführten Medium.

In vorteilhafter Ausführungsform wird das Sperrfluid unter einem gegenüber dem Druck des Mediums geringfügig erhöhten Druck zugeführt und ein dadurch bedingter Teilstrom des Sperrfluids in das Medium hinein abgeleitet. Somit gleicht sich der Druck des Sperrfluids bei Druckschwankungen des Mediums dem Druck des Mediums an. Damit wird sichergestellt, daß die Druckdifferenz zwischen dem Sperrfluid und dem Medium nur sehr gering ist, wodurch die Druckbelastung der Innenwand auf einem Minimalmaß gehalten wird. Ohne ein Ableiten des Sperrfluids in das Medium hinein müßte ein sehr aufwendiger Druckabgleichmechanismus zum Abgleich des Drucks des Sperrfluids mit dem des Mediums geschaffen werden. Da durch den geringfügig erhöhten Druck des Sperrfluides ein ständiger Fluß desselben ins Medium sichergestellt wird, wird eine Durchströmung in eine andere Richtung vermieden. Damit wird gewährleistet, daß das gewöhnlich korrosive Eigenschaften aufweisende Medium nicht mit der Außenwand in Kontakt kommt, wodurch eine Korrosionszersetzung dieser Außenwand vermieden wird.

Als erfindungsgemäß zweckmäßig hat sich erwiesen, wenn der Teilstrom dem Medium durch eine kleine Öffnung der Innenwand zugeführt wird. Damit kann sich bei Druckschwankungen des Mediums der Druck des Sperrfluids diesem in einem sehr kurzen Zeitintervall angleichen, da durch die kleine Öffnung in der Innenwand das Sperrfluid auf dem kürzest möglichen Verbindungsweg ins Medium strömen kann.

In erfindungsgemäß vorteilhafter Ausführungsform wird der Teilstrom dem Medium durch einen außerhalb der Außenwand verlaufenden Kreislauf zugeführt. Dabei kann sich eine Öffnung in der Außenwand befinden, die über eine Rohrleitung mit einem dem Abführen des umgesetzten Mediums dienenden Rückströmrohr verbunden ist. Ebenso ist es möglich, eine direkte Verbindung zwischen einer Einströmleitung des Sperrfluids in den Reaktionsbehälter

und dem Rückströmrohr des umgesetzten Mediums herzustellen. Bei einer solchen Lösung kann der innenbehälter unversehrt bleiben.

Weiterhin kann in erfindungsgemäß zweckmäßiger Ausführungsform vom Sperrfluid im Kreislauf Wärmeenergie auf das Medium vor dessen Zuführung übertragen werden. Dabei kann das heiße, durch die Außenwand abgeführte Sperrfluid vor dem Eintreten in das Rück- strömrohr über einen Wärmeaustauscher gekühlt werden. Die in diesem Wärmeaustauscher abgeführte Wärme kann zur Vorheizung des einströmenden Schadstoffstroms beziehungs- weise/und des Oxidationsmittelsstroms verwendet werden. Somit kann zum Aufheizen der eintretenden Stoffströme gegebenenfalls die aus dem Sperrfluid abgeführte Wärme genutzt werden, was zu einer Energieoptimierung des Gesamtsystems führt.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur chemischen Umsetzung eines fluiden Mediums unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur. Wie bereits oben erwähnt, ergeben existierende Vorrichtungen einen hohen apparativen Aufwand mit ungünstiger Geometrie.

Weiterhin verursacht die Aufheizung mittels elektrischer Heizstäbe beträchtliche Energiekosten und macht einen voluminösen Aufbau des Reaktors erforderlich, weshalb ein solcher Reaktor nicht unter wirtschaftlich sinnvollen Bedingungen in großtechnischem Maßstab einsetzbar ist.

Die Erfindung stellt sich mithin die Aufgabe, eine Vorrichtung der genannten Art bereit- zustellen, die in großtechnischem Maßstab unter wirtschaftlich sinnvollen Bedingungen ver- wendet werden kann. Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe durch einen Reaktions- behälter der eingangs genannten Art gelöst mit einer eine Aufheizzone, in der das unter Druck zugeführte Medium aufheizbar ist, und eine daran anschließende Reaktionszone, in der die chemische Umsetzung vorwiegend stattfindet, begrenzenden Innenwand, die mindestens im Bereich der Reaktionszone aus einem reaktionsbeständigen Werkstoff ausgebildet ist, einer die Innenwand unter Bildung eines dem Durchfluß eines Sperrfluids dienenden Zwischen- raums umgebenden druckfesten Außenwand, von der die Innenwand über das Sperrfluid gegen den in ihr herrschenden Druck abgestützt ist, und einer in der Aufheizzone ausgebil- deten Wärmetauschereinrichtung, durch die das umgesetzte Medium unter Wärmeübergang auf das der Aufheizzone zugeführte Medium aus der Reaktionszone abführbar ist.

Wie bereits oben unter Bezugnahme auf das erfindungsgemäße Verfahren detailliert erläutert, beruht der erfindungsgemäße Reaktionsbehälter auf der Erkenntnis, daß der appa- rative Aufwand wesentlich reduziert werden kann, wenn das bei der chemischen Reaktion umgesetzte Medium unter Wärmeübergang auf das der Aufheizzone zugeführte Medium aus der Reaktionszone abführbar ist.

Als erfindungsgemäß zweckmäßig wird angesehen, wenn der Reaktionsbehälter im Bereich der Reaktionszone eine die Umlenkung der Strömungsrichtung des umgesetzten Mediums vor Eintritt in die Wärmetauschereinrichtung in die der Flußrichtung des zugeführten Mediums entgegengesetzte Richtung bewirkende Ausbildung aufweist. Hiermit ist eine effiziente Rückführung des Mediums zu und durch die Aufheizzone auf kürzestem Flußweg möglich. Damit kann der Reaktionsbehälter in einer kompakten und damit kosteneffizienten Form ausgeführt werden.

In vorteilhafter Ausführungsform weist die Innenwand im Bereich der Aufheizzone und die Wärmetauschereinrichtung im mit dem zugeführten Medium in Kontakt stehenden Bereich ein beim pH-Wert des zugeführten Mediums reaktionsbeständiges Material auf. Weiterhin ist erfindungsgemäß zweckmäßig, wenn die Innenwand im Bereich der Reaktionszone und die Wärmetauschereinrichtung im mit dem umgesetzten Medium in Kontakt stehenden Bereich ein beim pH-Wert des umgesetzten Mediums reaktionsbeständiges Material aufweist. Für den Fall, daß das entsprechende Medium basischen Charakter besitzt, werden laugenbeständige Materialien wie metallische Werkstoffe benutzt (z. B. Nickel-Basis-Legierungen oder Titan).

Für Medien mit saurer Eigenschaft werden säurebeständige Materialien wie Oxidkeramiken herangezogen. Hiermit wird eine Beschädigung der mit den entsprechenden Medien in Kontakt stehenden Begrenzungsflächen des Reaktionsbehälters durch chemische Reaktion verhindert, was die Lebensdauer der Vorrichtung wesentlich erhöht. Die Problematik der wäh- rend der Reaktion stattfindenden pH-Wert-Verschiebung wird damit konstruktiv berücksichtigt.

Es hat sich nämlich gezeigt, daß manche Stoffströme, die vor der Reaktion stark basischen Charakter aufweisen (pH-Wert > 10), nach der Reaktion in den stark sauren Bereich (pH- Wert < 3) umschlagen.

In zweckmäßiger Ausführungsform weist der Reaktionsbehälter eine Einspeisevorrichtung auf, mittels welcher Lauge in entsprechender Menge in die Reaktionszone oder in die Aufheizzone zur Neutralisierung von bei der chemischen Umsetzung entstehender Säure zuführbar ist. Damit kann eine Beschädigung der mit dem umgesetzten Medium in Kontakt stehenden Begrenzungsflächen des Reaktionsbehälters durch chemische Reaktion verhindert werden, selbst wenn diese Begrenzungsflächen nicht aus säurebeständigem Material beste- hen.

Weiterhin kann es sich als erfindungsgemäß vorteilhaft erweisen, wenn der Reak- tionsbehälter eine zwischen Aufheizzone und Reaktionszone befindliche Trennwand mit mindestens einer Öffnung aufweist, durch die sowohl das zugeführte Medium als auch die Lauge in die Reaktionszone einleitbar ist. Da diese mindestens ein Trennwandöffnung die

einzige Verbindung zwischen der Aufheizzone und der Reaktionszone darstellt, wird das gesamte von der Aufheizzone in die Reaktionszone fließende Medium durch diese Öffnung gezwungen. Durch Einspeisung der Lauge ins Medium im Bereich der Trennwandöffnung wird so eine optimale Durchmischung der Lauge mit dem zugeführten Medium erreicht.

In vorteilhafter Ausführungsform weist das Sperrfluid gegenüber dem Druck des Mediums geringfügig höheren Druck auf, und zwischen dem Sperrfluid und dem Medium besteht eine Verbindung. Somit gleicht sich der Druck des Sperrfluids bei Druckschwankungen des Mediums dem Druck des Mediums an. Damit wird sichergestellt, daß die Druckdifferenz zwischen dem Sperrfluid und dem Medium nur sehr gering ist, wodurch die Druckbelastung der Innenwand auf einem Minimalmaß gehalten wird. Ohne ein Ableiten des Sperrfluids in das Medium hinein müßte ein sehr aufwendiger Druckabgleichmechanismus zum Abgleich des Drucks des Sperrfluids mit dem des Mediums geschaffen werden. Da durch den geringfügig erhöhten Druck des Sperrfluides ein ständiger Fluß desselben ins Medium sichergestellt wird, wird eine Durchströmung in eine andere Richtung vermieden. Damit wird gewährleistet, daß das gewöhnlich korrosive Eigenschaften aufweisende Medium nicht mit der Außenwand in Kontakt kommt, wodurch eine Korrosionszersetzung dieser Außenwand vermieden wird.

Als erfindungsgemäß zweckmäßig hat sich erwiesen, wenn eine kleine Öffnung in der Innenwand als Verbindung zwischen dem Sperrfluid und dem Medium dient. Damit kann sich bei Druckschwankungen des Mediums der Druck des Sperrfluids diesem in einem sehr kurzen Zeitintervall angleichen, da durch die kleine Öffnung in der Innenwand das Sperrfluid auf dem kürzest möglichen Verbindungsweg ins Medium strömen kann.

In erfindungsgemäß vorteilhafter Ausführungsform dient eine außerhalb der Außenwand verlaufende Leitung als Verbindung zwischen Sperrfluid und dem Medium. Dabei kann sich eine Öffnung in der Außenwand befinden, die über eine Rohrleitung mit einem dem Abführen des umgesetzten Mediums dienenden Rückströmrohr verbunden ist. Ebenso ist es möglich, eine direkte Verbindung zwischen einer Einströmleitung des Sperrfluids in den Reaktionsbe- hälter und dem Rückströmrohr des umgesetzten Mediums herzustellen. Bei einer solchen Lösung kann der Innenbehälter unversehrt bleiben.

Weiterhin kann in erfindungsgemäß zweckmäßiger Ausführungsform die Leitung eine Wärmeaustauschervorrichtung aufweisen, mittels welcher Wärmeenergie von dem Sperrfluid in der Leitung an das Medium vor dessen Zuführung in die Aufheizzone übertragbar ist. Dabei kann das heiße, durch die Außenwand abgeführte Sperrfluid vor dem Eintreten in das Rück- strömrohr über einen Wärmeaustauscher gekühlt werden. Die in diesem Wärmeaustauscher

abgeführte Wärme kann zur Vorheizung des einströmenden Schadstoffstroms beziehungs- weise/und des Oxidationsmittelsstroms verwendet werden. Somit kann zum Aufheizen der eintretenden Stoffströme gegebenenfalls die aus dem Sperrfluid abgeführte Wärme genutzt werden, was zu einer Energieoptimierung des Gesamtsystems führt.

Weiterhin hat es sich als erfindungsgemäß zweckmäßig erwiesen, wenn die Wärmetau- schereinrichtung aus einem in der Aufheizzone angeordneten Rohr, insbesondere einem gewundenen Rohr, besteht. Zudem ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, wenn die Wärmetau- schereinrichtung einen Ringraum zwischen einem von dem zugeführten Medium durchström- ten Zylinder und der Innenwand des Reaktionsbehälters aufweist. In besonders vorteilhafter Ausführungsform weist die Wärmetauschereinrichtung einen an der Außenseite eines hohlzy- lindrischen Körpers ausgebildeten Strömungskanal auf, welcher von einer darauf angeord- neten zylindrischen Ummantelung abgedeckt ist. Mittels dieser Ausführungsformen wird die Wärmeaustauscheffizienz zwischen umgesetztem und zugeführtem Medium optimiert, indem sichergestellt wird, daß die mit dem Medium in Kontakt stehende Oberfläche des Wärme- tauschers möglichst groß ist.

Nachstehend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung, auf die hinsichtlich aller erfindungswesentlichen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird, erläutert. In der Zeichnung zeigt : Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Reaktionsbehälters für eine unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur ablaufende chemische Umsetzung eines fluiden Mediums, Fig. 2 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Reaktionsbehälters für eine unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur ablaufende chemische Umsetzung eines fluiden Mediums, Fig. 3 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Reaktionsbehälters für eine unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur ablaufende chemische Umsetzung eines fluiden Mediums, Fig. 4 eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines eine Rohrwendelanordnung aufweisenden Wärmetauschers,

Fig. 5 eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines einen an der Außenseite eines hohlzylindrischen Körpers ausgebildeten Strömungskanal aufweisenden Wärme- tauschers, und Fig. 6 eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines einen Rückströmringraum auf- weisenden Wärmetauschers.

Zunächst wird eine erste Ausführungsform eines Reaktionsbehälters zur chemischen Umsetzung eines fluiden Mediums unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur, insbe- sondere zur Stoffumwandlung mittels Oxidation in überkritischem Wasser, anhand von Fig. 1 beschrieben. In einer konzentrischen Anordnung werden Druck und Temperatur durch einen äußeren Druckbehälter 1 aufgenommen. Der Behälterwerkstoff besteht aus einem handels- üblichen warmfesten Edelstahl. Der Einschluß der chemischen Umsetzungsreaktion erfolgt in einem korrosionsfesten und undurchlässigen Innenbehälter 3. Dieser Innenbehälter 3 ist aus metallischen Werkstoffen, wie z. B. Nickel-Basis-Legierungen (Inconel) oder Titan, gefertigt und gegenüber basischen Flüssigkeiten reaktionsbeständig. Der Spaltraum 4 zwischen der Wandung des Druckbehälters 1 und der des Innenbehälters 3 ist mit nichtkorrosivem Sperr- fluid 2, wie etwa Wasser, durchströmt und stellt die Verbindung bezüglich Druck zwischen Innen-und Außenbehälter her, d. h. die Wandung des Innenbehälters 3 wird über das Sperr- fluid 2 gegen den in seinem Innenraum herrschenden Druck abgestützt.

Der Innenbehälter 3 kann eine kleine Einflußöffnung 5 aufwiesen. Diese Einflußöffnung 5 stellt eine Verbindung zwischen dem Spaltraum 4 und dem Reaktionsraum 7 im Inneren des Innenbehälters 3 her. Als erste Alternative zur Einflußöffnung 5 im Innenbehälter 3 kann sich auch eine Öffnung im Druckbehälter 1 befinden, die über eine erste Rohrleitung 28 mit dem dem Abführen des umgesetzten Mediums 12 dienenden Rückströmrohr 8 verbunden ist. Die erste Rohrleitung 28 weist weiterhin einen Wärmeaustauscher 30 auf, mittels welchem dem in der Rohrleitung fließenden heißen Sperrfluid 2 Wärmeenergie entzogen wird. Diese Wärme- energie kann dann zur Vorheizung des einströmenden Schadstoffstroms und/oder des Oxida- tionsmittelstroms vor deren Einführung in den Druckbehälter 1 genutzt werden. Als zweite Alternative zur Einflußöffnung 5 im Innenbehälter 3 kann eine zweite Rohrleitung 29 eine Verbindung zwischen einer Einströmleitung des Sperrfluids 2 in den Druckbehälter 1 und dem Rückströmrohr 8 herstellen. Mit allen drei Varianten wird sichergestellt, daß die Druckdifferenz zwischen dem Sperrfluid 2 im Spaltraum 4 und dem Medium im Innenraum des Innenbehälters 3 nur sehr gering ist, wodurch die Druckbelastung des Innenbehälters 3 auf ein Minimalmaß reduziert wird. Das Sperrfluid 2 im Spaltraum 4 steht allerdings unter leicht höherem Druck als das Medium in der Reaktionszone 7. Auf diese Weise wird ein ständiger Fluß des Sperrfluids 2

ins Medium sichergestellt und eine Durchströmung in eine andere Richtung vermieden. Damit wird gewährleistet, daß das gewöhnlich korrosive Eigenschaften aufweisende Medium im Innenraum des Innenbehälters 3 nicht mit dem Druckbehälter 1 in Kontakt kommt, wodurch eine Korrosionszersetzung des Druckbehälters 1 vermieden wird.

Das dem Reaktionsbehälter zugeführte Medium 11 besteht beispielsweise aus einem Schadstoff-und einem Oxidationsmittelstrom, welche jeweils vor deren Einleitung in den Reaktionsbehälter auf Systemdruck gepumpt und dann beispielsweise miteinander gemischt werden. Das zugeführte Medium 11 gelangt dann über eine Aufheizzone 6, bei deren Durch- laufen es mittels einer elektrischen Heizung 15 und durch Wärmetausch mit dem ausströ- menden Medium auf Reaktionstemperatur gebracht wird, in eine Reaktionszone 7, in der die chemische Umsetzung, wie etwa eine Schadstoffzersetzung, stattfindet.

Das aus der chemischen Reaktion umgesetzte Medium 12 strömt nun über ein ring- förmiges, zentriert im konzentrischen Innenbehälter angeordnetes Rückströmrohr 8 wieder aus der Reaktionszone 7 heraus. Hierbei findet eine Strömungsumkehr des Mediums in der Weise statt, daß die Abströmrichtung 14 des umgesetzten Mediums 12 durch das Rückströmrohr 8 der Einströmrichtung 13 des zugeführten Mediums 11 entgegengesetzt ist.

An das Rückströmrohr 8 schließt sich entweder ein jeweils in der Aufheizzone 6 angeord- neter Doppelwandwärmetauscher 10 oder ein Rohrwendelwärmetauscher 9 an. Der Doppel- wandwärmetauscher 10 besteht aus einem aus wärmeleitendem Material gefertigten, im Querschnitt ringförmige Gestalt aufweisenden doppelwandigen Rohr, welches zentriert in der Aufheizzone 6 des konzentrischen Innenbehälters 3 angeordnet ist und die Aufheizzone 6 geradlinig in Richtung ihrer Symmetrieachse durchläuft, während beim Rohrwendelwärme- tauscher 9 ein wärmeleitendes Rohr mit Einfachwandung vorliegt, welches eine spulenförmige Wicklung in Richtung der Symmetrieachse der Aufheizzone 6 zur Maximierung der Kontaktfläche mit dem Eingangsmedium aufweist, was die Wärmeaustauscheffizienz erhöht.

Das umgesetzte Medium 12 verläßt den Innenbehälter 3, nachdem es die Reaktionszone 7 im Rückströmrohr 8 durchlaufen hat, je nach Ausführungsform durch einen der beiden Wärme- tauscher. Dabei gibt es beim Durchlaufen des Wärmetauschers überschüssige Wärmeenergie an das in der Aufheizzone 6 enthaltene zugeführte Medium 11 ab, welches dadurch neben der Erwärmung durch die elektrische Heizung 15 eine zusätzliche Aufheizung erfährt.

Sowohl das Rückströmrohr 8 als auch der Wärmetauscher ist, wie der Innenbehälter 3, aus metallischen Werkstoffen, wie Nickel-Basis-Legierungen (Inconel) oder Titan, gefertigt.

Damit sind diese Vorrichtungen gegenüber basischen Flüssigkeiten reaktionsbeständig. Ist

also das zugeführte Medium 11 basisch und verschiebt sich der pH-Wert aber während der Reaktion bis höchstens in den neutralen Bereich, so wird keine der mit dem Medium in Kontakt stehenden Materialien chemisch angegriffen.

Für den Fall, daß das zugeführte Medium 11 basisch ist und sich der pH-Wert während der Reaktion in den sauren Bereich verschiebt, kann die gebildete Säure durch Injektion von Lauge 16 neutralisiert werden. Dazu ist eine Laugeninjektionsvorrichtung 17 vorgesehen, mittels weicher Lauge 16, wie etwa NaOH, in die Reaktionszone oder in die Aufheizzone eingespeist werden kann. Die Einspeisung erfolgt beispielsweise im Bereich einer Trenn- wandöffnung 19, welche sich im Zentrum einer zwischen Aufheizzone 6 und Reaktionszone 7 angeordneten Trennwand 18 befindet. Die mindestens eine Trennwandöffnung 19 stellt die einzige Verbindung zwischen der Aufheizzone 6 und der Reaktionszone 7 dar, so daß das gesamte von der Aufheizzone 6 in die Reaktionszone 7 fließende Medium durch diese Öffnung 19 gezwungen wird. Durch Einspeisung der Lauge ins Medium im Bereich der Trennwand- öffnung wird so eine optimale Durchmischung der Lauge 16 mit dem zugeführten Medium 11 erreicht.

Eine zweite Ausführungsform eines Reaktionsbehälters zur chemischen Umsetzung eines fluiden Mediums unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur, insbesondere zur Stoffum- wandlung mittels Oxidation in überkritischem Wasser, wird anhand von Fig. 2 beschrieben.

Diese Ausführungsform eignet sich besonders für den Fall, daß das zugeführte Medium basisch ist und durch die chemische Umsetzung gebildete Säure nicht durch Injektion von Lauge entsprechend der ersten Ausführungsform neutralisiert werden kann.

In einer konzentrischen Anordnung werden Druck und Temperatur durch einen äußeren Druckbehälter 1 aufgenommen. Der Behälterwerkstoff besteht aus einem handelsüblichen warmfesten Edelstahl. Der Einschluß der chemischen Umsetzungsreaktion erfolgt in einem undurchlässigen Innenbehälter 3. Der Spaltraum 4 zwischen der Wandung des Druckbehälters 1 und der des Innenbehälters 3 ist mit nichtkorrosivem Sperrfluid 2, wie etwa Wasser, durch- strömt und stellt die Verbindung bezüglich Druck zwischen Innen-und Außenbehälter her, d. h. die Wandung des Innenbehälters wird durch das Sperrfluid 2 gegen den im Innenraum herr- schenden Druck abgestützt.

Der Innenbehälter 3 kann eine kleine Einflußöffnung 5 aufwiesen. Diese Einflußöffnung 5 stellt eine Verbindung zwischen dem Spaltraum 4 und dem Reaktionsraum 7 im Inneren des Innenbehälters 3 her. Als erste Alternative zur Einflußöffnung 5 im Innenbehälter 3 kann sich auch eine Öffnung im Druckbehälter 1 befinden, die über eine erste Rohrleitung 28 mit dem

dem Abführen des umgesetzten Mediums 12 dienenden Rückströmrohr 8 verbunden ist. Die erste Rohrleitung 28 weist weiterhin einen Wärmeaustauscher 30 auf, mittels welchem dem in der Rohrleitung fließenden heißen Sperrfluid 2 Wärmeenergie entzogen wird. Diese Wärme- energie kann dann zur Vorheizung des einströmenden Schadstoffstroms und/oder des Oxi- dationsmittelstroms vor deren Einführung in den Druckbehälter 1 genutzt werden. Als zweite Alternative zur Einflußöffnung 5 im Innenbehälter 3 kann eine zweite Rohrleitung 29 eine Verbindung zwischen einer Einströmleitung des Sperrfluids 2 in den Druckbehälter 1 und dem Rückströmrohr 8 herstellen. Mit allen drei Varianten wird sichergestellt, daß die Druckdifferenz zwischen dem Sperrfluid 2 im Spaltraum 4 und dem Medium im Innenraum des Innenbehälters 3 nur sehr gering ist, wodurch die Druckbelastung des Innenbehälters 3 auf ein Minimalmaß reduziert wird. Das Sperrfluid 2 im Spaltraum 4 steht allerdings unter leicht höherem Druck als das Medium in der Reaktionszone 7. Auf diese Weise wird ein ständiger Fluß des Sperrfluids 2 ins Medium sichergestellt und eine Durchströmung in eine andere Richtung vermieden. Damit wird gewährleistet, daß das gewöhnlich korrosive Eigenschaften aufweisende Medium im Innenraum des Innenbehälters 3 nicht mit dem Druckbehälter 1 in Kontakt kommt, wodurch eine Korrosionszersetzung des Druckbehälters 1 vermieden wird.

Das dem Reaktionsbehälter zugeführte Medium 11 besteht beispielsweise aus einem Schadstoff-und einem Oxidationsmittelstrom, welche Ströme jeweils vor deren Einleitung in den Reaktionsbehälter auf Systemdruck gepumpt und dann miteinander gemischt werden.

Das zugeführte Medium 11 gelangt dann über eine Aufheizzone 6, bei deren Durchlaufen es mittels einer elektrischen Heizung 15 auf Reaktionstemperatur gebracht wird, in eine Reak- tionszone 7, in der die chemische Umsetzung, wie etwa eine Schadstoffzersetzung, stattfindet.

Der Innenbehälter 3 besitzt im Bereich der Aufheizzone 6 eine laugenbeständige Reaktions- wand 20, die etwa aus metallischen Werkstoffen (z. B. Inconel) gefertigt ist, um gegenüber der basischen Eigenschaft des zugeführten Mediums 11 reaktionsbeständig zu sein. Im Bereich der Reaktionszone jedoch weist der Innenbehälter 3 eine säurebeständige Reaktorwand 21 auf, die aus säurebeständigem Material, wie etwa Oxidkeramik (z. B. Al203), besteht. Damit ist die Reaktorwand im Bereich der Reaktionszone 7 gegenüber der Säureeigenschaft des aus der chemischen Reaktion umgesetzten Mediums 12 reaktionsbeständig.

Das umgesetzte Medium 12 strömt nun über ein geradliniges, im Innenbehälter angeord- netes Rückströmrohr 8 wieder aus der Reaktionszone 7 heraus. Hierbei findet eine Strö- mungsumkehr des Mediums in der Weise statt, daß die Abströmrichtung des umgesetzten Me- diums 12 durch das Rückströmrohr 8 der Einströmrichtung des zugeführten Mediums 11 entgegengesetzt ist. Das Rückströmrohr 8 ist wie die säurebeständige Reaktionswand 21 aus säurebeständigem Material, wie z. B. Oxidkeramik, gefertigt.

An das Rückströmrohr 8 schließt sich dann ein Verbundwärmetauscher 22, der aus einem gewundenen Rohr besteht und die Aufheizzone 6 in Längsrichtung durchläuft, an. An seiner dem basischen zugeführten Medium 11 der Aufheizzone 6 ausgesetzten Außenwand ist der Verbundwärmetauscher 22 aus laugenbeständigem Material, wie etwa metallischen Werkstof- fen (z. B. Inconel), gefertigt. Da der Innenbereich des Rohres aber vom saure Eigenschaften aufweisenden umgesetzten Medium 12 durchspült wird, besteht die Innenwandung des Ver- bundwärmetauschers 22 aus säurebeständigem Material, wie etwa Oxidkeramik. Das umge- setzte Medium verläßt schließlich den Innenbehälter 3 durch den Verbundwärmetauscher 22, nachdem es die Reaktionszone im Rückströmrohr 8 durchlaufen hat. Dabei gibt es beim Durchlaufen des Wärmetauschers überschüssige Wärmeenergie an das in der Aufheizzone 6 enthaltene zugeführte Medium 11 ab, welches dadurch neben der Erwärmung durch die elektrische Heizung 15 eine zusätzliche Aufheizung erfährt.

Im folgenden wird eine dritte Ausführungsform eines Reaktionsbehälters zur chemischen Umsetzung eines fluiden Mediums unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur, insbe- sondere zur Stoffumwandlung mittels Oxidation in überkritischem Wasser, anhand von Fig. 3 beschrieben. Diese Ausführungsform ist besonders geeignet, wenn das zugeführte Medium neutral oder sauer ist und sich im umgesetzten Medium enthaltene Säure nicht neutralisieren läßt, weil z. B. die Injektion von Lauge zu Salzausfällungen führt.

In einer konzentrischen Anordnung werden Druck und Temperatur durch einen äußeren Druckbehälter 1 aufgenommen. Der Behälterwerkstoff besteht aus einem handelsüblichen warmfesten Edelstahl. Der Einschluß der chemischen Umsetzungsreaktion erfolgt in einem undurchlässigen Innenbehälter 3. Dieser Innenbehälter 3 ist aus säurebeständigem Werkstoff, wie z. B. Oxidkeramik Al203, gefertigt. Der Spaltraum 4 zwischen der Wandung des Druckbe- hälters 1 und der des Innenbehälters 3 ist mit nichtkorrosivem Sperrfluid 2, wie etwa Wasser, durchströmt und stellt die Verbindung bezüglich Druck zwischen Innen-und Außenbehälter her, d. h. die Wandung des Innenbehälters wird über das Sperrfluid 2 gegen den im Innenraum herrschenden Druck abgestützt.

Der Innenbehälter 3 kann eine kleine Einflußöffnung 5 aufwiesen. Diese Einflußöffnung 5 stellt eine Verbindung zwischen dem Spaltraum 4 und dem Reaktionsraum 7 im Inneren des Innenbehälters 3 her. Als erste Alternative zur Einflußöffnung 5 im Innenbehälter 3 kann sich auch eine Öffnung im Druckbehälter 1 befinden, die über eine erste Rohrleitung 28 mit dem dem Abführen des umgesetzten Mediums 12 dienenden Rückströmrohr 8 verbunden ist. Die erste Rohrleitung 28 weist weiterhin einen Wärmeaustauscher 30 auf, mittels welchem dem in der Rohrleitung fließenden heißen Sperrfluid 2 Wärmeenergie entzogen wird. Diese Wärme-

energie kann dann zur Vorheizung des einströmenden Schadstoffstroms und/oder des Oxida- tionsmittelstroms vor deren Einführung in den Druckbehälter 1 genutzt werden. Als zweite Alternative zur Einflußöffnung 5 im Innenbehälter 3 kann eine zweite Rohrleitung 29 eine Verbindung zwischen einer Einströmleitung des Sperrfluids 2 in den Druckbehälter 1 und dem Rückströmrohr 8 herstellen. Mit allen drei Varianten wird sichergestellt, daß die Druckdifferenz zwischen dem Sperrfluid 2 im Spaltraum 4 und dem Medium im Innenraum des Innenbehälters 3 nur sehr gering ist, wodurch die Druckbelastung des Innenbehälters 3 auf ein Minimalmaß reduziert wird. Das Sperrfluid 2 im Spaltraum 4 steht allerdings unter leicht höherem Druck als das Medium in der Reaktionszone 7. Auf diese Weise wird ein ständiger Fluß des Sperrfluids 2 ins Medium sichergestellt und eine Durchströmung in eine andere Richtung vermieden. Damit wird gewährleistet, daß das gewöhnlich korrosive Eigenschaften aufweisende Medium im Innenraum des Innenbehälters 3 nicht mit dem Druckbehälter 1 in Kontakt kommt, wodurch eine Korrosionszersetzung des Druckbehälters 1 vermieden wird.

Das dem Reaktionsbehälter zugeführte Medium 11 besteht beispielsweise aus einem Schadstoff-und einem Oxidationsmittelstrom, welche jeweils vor deren Einleitung in den Reaktionsbehälter auf Systemdruck gepumpt und dann beispielsweise miteinander gemischt werden. Das zugeführte Medium 11 gelangt dann über eine Aufheizzone 6, bei deren Durch- laufen es mittels einer Vielzahl von elektrischen Heizungen 15, insbesondere Heizstäben, auf Reaktionstemperatur gebracht wird, in eine Reaktionszone 7, in der die chemische Um- setzung, wie etwa eine Schadstoffzersetzung, stattfindet. Die elektrischen Heizungen 15 sind beispielsweise in konzentrischer Kreisform um einen im Zentrum der Aufheizzone 6 be- findlichen Verdränger 23 angeordnet. Der Verdränger 23 hat den Zweck, das zugeführte Medium 11 an den elektrischen Heizungen 15 entlangzuzwingen, was die Aufheizeffizienz erhöht.

Das aus der chemischen Reaktion umgesetzte Medium 12 strömt nun über eine Vielzahl von in ebenfalls konzentrischer Kreisform angeordneten Rückströmrohren 8 wieder aus der Reaktionszone 7 heraus. Dabei findet eine Strömungsumkehr des Mediums in der Weise statt, daß die Abströmrichtung des umgesetzten Mediums 12 durch die Rückströmrohre 8 der Einströmrichtung des zugeführten Mediums 11 entgegengesetzt ist. Die Rückströmrohre 8 sind komplett aus säurebeständigem Werkstoff, wie etwa Oxidkeramik, gefertigt.

Weiterhin erstrecken sich die Rückströmrohre 8 über die Reaktionszone 7 hinaus durch die Aufheizzone 6 hindurch und übernehmen dort die Funktion eines Wärmetauschers. Das umgesetzte Medium 12 verläßt nun den Innenbehälter 3, nachdem es die Reaktionszone 7 und die Aufheizzone 6 in den Rückströmrohren 8 durchlaufen hat. Dabei gibt es beim Durch-

laufen der Aufheizzone 6 überschüssige Wärmeenergie an das dort enthaltene zugeführte Medium 11 ab, welches dadurch neben der Erwärmung durch die elektrischen Heizungen 15 eine zusätzliche Aufheizung erfährt.

Weiterhin kann der Wärmeaustausch in der Aufheizzone 6 in dieser Ausführungsform auch über eigens dafür konzipierte Wärmetauschvorrichtungen, wie in Fig. 4 und Fig. 5 dargestellt, geschehen. In diesem Fall mündet das Rückströmrohr 8 beim Übergang zwischen Reaktionszone 7 und Aufheizzone 6 in eine solche Wärmetauschvorrichtung. Diese kann, wie in Fig. 4 gezeigt, ein aus Oxidkeramik gefertigter Rohrwendelwärmetauscher 9 sein, welcher aus einem wärmeleitenden Rohr besteht, das eine spulenförmige Wicklung in Richtung der Symmetrieachse der Aufheizzone 6 zur Maximierung der Kontaktfläche mit dem Eingangs- medium aufweist. Darüber hinaus kann auch die in Fig. 5 dargestellte Vorrichtung als Wärme- tauscher eingesetzt werden. Diese weist einen oxidkeramischen Hohlzylinder 24 auf. Im Herstellungsprozeß des Hohlzylinders 24 werden im noch weichen Materialzustand wendel- artige Kanäle in dessen Außenwand eingedreht. Nach Materialerhärtung wird dann ein dünn- wandiges, ebenfalls oxidkeramisches Hohlrohr 26 auf den Hohlzylinder 24 aufgeschoben, so daß dieses schlüssig an der Außenfläche des Hohlzylinders 24 anliegt. Das umgesetzte Medium kann somit durch die spiralförmigen Kanäle an der Außenfläche des Innenzylinders 24 entlang abfließen und dabei überschüssige Wärmeenergie an das in der Aufheizzone 6 fließende zugeführte Medium 11 abgeben.

Fig. 6 zeigt dann noch eine weitere Umsetzung eines oxidkeramischen Wärmetauschers.

Hier wird das umgesetzte Medium 12 durch einen Ringspalt 27 zwischen einem die Aufheizzone 6 und die Reaktionszone 7 enthaltenden Hohlzylinder 24 und dem Innenbehälter 3 abgeleitet. Dabei gibt das umgesetzte Medium 12 überschüssige Wärmeenergie an das in der im Hohlzylinder 24 im Bereich der Aufheizzone 6 fließende zugeführte Medium 11 ab.